Gali Ádám és munkatársai a Physical Review Letters-ben megjelent közleményükben feltárták, miként válhatnak a szilícium-karbidban (4H-SiC) található atomléptékű hibák a következő generációs kvantumtechnológiák megbízható építőelemeivé – a kvantumkommunikációtól és kvantumérzékeléstől kezdve a biokompatibilis fotonikai eszközökig.

Korábbi, a Physical Review Letters folyóiratban megjelent munkájukban – amelyet a szerkesztők kiemeltek és a Phys.org is bemutatott – a kutatók első elvekből (ab initio) kiinduló elméleti modellt dolgoztak ki, amely kapcsolatot teremt a színcentrumok elektronikus szerkezete és a spin-kiolvasási kontraszt között – ez utóbbi a kvantumbitek azonosításának egyik kulcsfontosságú mérőszáma. A tanulmány feltárta, hogyan befolyásolják a rácsrezgések és a mechanikai feszültségek az egyes spinek optikai láthatóságát, és rámutatott, hogy a lokális mechanikai deformáció szabályozásával jelentősen növelhető a szilárdtest kvantumbitek kiolvasási kontrasztja.

Ezekre az elméleti eredményekre építve a most megjelent, a Nature Materials folyóiratban publikált tanulmány – amelyről a Phys.org is beszámolt –kísérleti és számításos áttörést jelent: a szénláncokkal módosított 4H-SiC felületek révén sikerült bioinert, stabil és koherens kvantumszenzorokat létrehozni. Ezek a felületkezelések megőrzik az anyag optikai minőségét, miközben megvédik a beágyazott divakancia-jellegű spincentrumokat a töltészajtól és a kémiai degradációtól. A funkcionális felületek lehetővé teszik, hogy az eszközök vizes és biológiai környezetben is működjenek, megnyitva az utat a nanoméretű mágneses tér- és hőmérséklet-érzékelés előtt élő rendszerekben.
Az eredmények együttesen jelentős előrelépést jelentenek a szilícium-karbid kvantumtechnológiai platformmá alakításában – egy olyan anyag esetében, amelyet eddig főként nagy teljesítményű elektronikában használtak. Az elmélet, az atomisztikus modellezés és a felületkémia integrálásával Gali Ádám kutatócsoportja és partnerei megmutatták, hogy a kvantumkoherencia még a szilárd és biológiai anyagok határfelületén is megőrizhető és szabályozható.